뿌리학습 · 중학 과학탐구
소화·순환·호흡·배설계와 세포호흡
우리가 살아가려면 에너지가 필요하고, 그 에너지는 음식에서 온다. 그런데 음식을 먹었다고 바로 쓸 수 있는 것은 아니다. 음식 속 영양소는 그대로는 몸에 흡수될 수 없을 만큼 크기 때문이다. 그래서 우리 몸은 네 개의 기관계를 이어 붙여 하나의 긴 흐름을 만든다. 음식을 잘게 바꾸고, 온몸으로 나르고, 산소를 들이고, 쓰고 남은 것을 내보내는 흐름이다.
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개념 정리
먼저 소화계다. 소화는 두 가지 일이 함께 일어난다. 이로 씹고 위가 움직여 음식을 작게 부수는 일을 기계적 소화라 하고, 영양소를 흡수할 수 있는 작은 물질로 바꾸는 일을 화학적 소화라 한다. 잘게 부수기만 해서는 흡수되지 않는다. 성질 자체가 바뀌어야 한다.
화학적 소화를 맡는 것이 소화 효소다. 효소는 아무 영양소에나 작용하지 않고 각각 특정한 종류의 영양소를 주로 분해한다. 침 속의 아밀레이스는 녹말을 분해하고, 위에서 나오는 펩신은 단백질을, 이자에서 나오는 라이페이스는 지방을 분해한다. 효소마다 잘 작동하는 환경도 다르다. 펩신은 위의 산성 환경에서 힘을 내지만, 아밀레이스는 그런 환경에서 제 일을 하지 못한다.
소화의 경로를 따라가 보자. 입에서 녹말의 소화가 시작되고, 위에서 단백질의 소화가 시작된다. 그리고 작은창자에서 세 영양소의 소화가 모두 마무리된다. 소화가 위에서 끝난다고 생각하기 쉽지만, 소화를 끝내고 영양소를 흡수하는 곳은 작은창자다. 작은창자 안쪽은 주름과 융털로 덮여 있어 흡수할 수 있는 면적이 매우 넓다.
흡수된 영양소를 온몸으로 나르는 것은 순환계다. 심장이 펌프처럼 혈액을 밀어내고 혈관이 그 길이 된다. 여기서 이름을 정확히 구분해야 한다. 동맥은 심장에서 나가는 혈관이고 정맥은 심장으로 들어오는 혈관이다. 산소가 많고 적음으로 나누는 것이 아니다. 실제로 심장에서 폐로 가는 동맥에는 산소가 적은 혈액이 흐른다.
호흡계에서는 폐에서 공기와 혈액 사이에 기체가 교환되어, 산소가 혈액으로 들어가고 이산화 탄소가 혈액에서 나온다. 여기서 말이 겹치는 지점이 있다. 우리가 숨을 쉬어 공기를 들이고 내쉬는 것은 호흡 운동이고, 세포가 양분을 분해해 에너지를 얻는 것은 세포호흡이다. 이름은 비슷하지만 일어나는 장소도 하는 일도 다르다.
세포호흡은 온몸의 세포 안에서 일어나며, 특히 미토콘드리아에서 이루어진다. 산소를 이용해 양분을 분해하고 그 결과 에너지를 얻는다. 이때 이산화 탄소와 물도 함께 생긴다. 세포호흡의 목적은 에너지를 얻는 것이지 이산화 탄소를 만드는 것이 아니다. 이산화 탄소는 함께 생기는 산물이고, 몸은 이것을 호흡계를 통해 내보낸다.
마지막은 배설계다. 세포가 활동하면서 생긴 노폐물 가운데 몸에 해로운 것들은 콩팥에서 걸러져 오줌으로 나간다. 노폐물을 내보내는 일에는 콩팥만이 아니라 이산화 탄소를 내보내는 폐, 땀을 내보내는 피부도 관여한다. 여기서 배설과 배출을 구분해야 한다. 소화되지 않고 남은 찌꺼기가 항문으로 나가는 것은 배설이 아니다. 배설은 세포의 활동 결과로 생긴 노폐물을 내보내는 일이고, 기준은 그 물질이 어디서 생겼는가다.
이제 전체를 이어 보자. 소화계가 양분을 흡수하고 호흡계가 산소를 들이면, 순환계가 이 둘을 온몸의 세포로 나른다. 세포는 이것으로 세포호흡을 해 에너지를 얻고, 그 과정에서 생긴 이산화 탄소와 노폐물을 순환계가 다시 받아 호흡계와 배설계로 옮긴다. 네 기관계는 따로 노는 것이 아니라 하나의 순환을 이룬다.
이 단원 시험에서 묻는 것
학교 시험은 교육과정 성취기준을 바탕으로 출제됩니다. 이 단원의 성취기준은 다음을 할 수 있는지 확인하도록 정하고 있습니다.
- [9과13-02]순환계의 구조와 기능을 이해하고, 혈액의 순환 경로를 종합하여 발표할 수 있다.
- [9과13-01]소화계의 구조와 기능을 이해하고, 소화 과정을 소화 효소의 작용과 관련지어 추론할 수 있다.
- [9과13-03]호흡계의 구조와 기능을 이해하고, 호흡 운동의 원리를 나타내는 모형을 만들 수 있다.
- [9과13-04]배설계의 구조와 기능을 이해하고, 노폐물이 배설되는 과정을 모식도로 표현할 수 있다.
- [9과13-05]동물이 세포호흡을 통해 에너지를 얻는 과정을 소화, 순환, 호흡, 배설과 관련지어 통합적으로 설명할 수 있다.
자주 하는 착각
소화와 소화 효소
- 소화를 음식을 잘게 부수는 일로만 본다. 씹는 장면이 소화의 대표 이미지이기 때문이다. 잘게 부수는 것은 소화의 절반이다. 크기를 줄이는 기계적 소화와 영양소를 흡수할 수 있는 작은 물질로 바꾸는 화학적 소화가 함께 일어나야 소화가 끝난다.
- 소화 효소 하나가 여러 영양소를 두루 분해한다고 본다. 효소를 소화를 돕는 물질 정도로 뭉뚱그려 기억하기 때문이다. 각 소화 효소는 특정한 종류의 영양소를 주로 분해한다. 아밀레이스는 녹말에, 펩신은 단백질에, 라이페이스는 지방에 작용한다. 이 짝을 외우지 않으면 효소 문제는 매번 막힌다.
- 소화가 위에서 끝난다고 본다. 위가 소화 기관의 대표로 다뤄지기 때문이다. 위에서는 단백질 소화가 시작될 뿐이고, 세 영양소의 소화가 모두 마무리되는 곳은 작은창자다. 영양소가 흡수되는 곳도 작은창자다.
- 침에도 위산 같은 강한 물질이 있어야 소화가 된다고 본다. 소화를 강한 물질이 녹이는 일로 상상하기 때문이다. 효소는 각자 잘 작동하는 환경이 다르다. 펩신은 위의 산성 환경에서 작동하고 아밀레이스는 그렇지 않다. 환경이 맞지 않으면 효소는 일하지 못한다.
순환·호흡·배설
- 동맥에는 항상 산소가 많은 피가 흐른다고 본다. 동맥과 산소를 한 묶음으로 외우기 때문이다. 동맥과 정맥은 피의 성분이 아니라 심장에서 나가는 혈관인지 들어오는 혈관인지로 나눈다. 폐로 가는 동맥에는 산소가 적은 피가 흐른다.
- 호흡을 숨을 쉬는 일과 같은 것으로 본다. 호흡이라는 말이 일상에서 숨쉬기를 뜻하기 때문이다. 숨을 쉬어 공기를 들이고 내보내는 것은 호흡 운동이고, 세포가 양분을 분해해 에너지를 얻는 것은 세포호흡이다. 두 가지는 층위가 다르다.
- 배설과 배출을 같은 것으로 본다. 몸 밖으로 내보낸다는 점이 같기 때문이다. 배설은 세포가 활동하며 생긴 노폐물을 몸 밖으로 내보내는 일로 콩팥뿐 아니라 폐와 피부도 관여하며, 소화되지 않은 찌꺼기를 내보내는 것은 배설이 아니다. 노폐물이 어디서 생겼는지가 기준이다.
기관계의 연계
- 각 기관계가 따로 작동한다고 본다. 단원이 소화계, 순환계, 호흡계로 나뉘어 제시되기 때문이다. 네 기관계는 하나의 흐름으로 이어진다. 소화계가 흡수한 양분과 호흡계가 들인 산소를 순환계가 세포로 나르고, 세포가 쓰고 남긴 노폐물을 다시 순환계가 배설계로 옮긴다.
- 세포호흡이 폐에서 일어난다고 본다. 호흡이라는 이름 때문에 호흡 기관을 떠올리기 때문이다. 세포호흡은 온몸의 세포 안에서, 정확히는 미토콘드리아에서 일어난다. 폐에서는 공기와 혈액 사이에 기체가 교환되어 산소가 혈액으로 들어가고 이산화 탄소가 혈액에서 나갈 뿐이다.
- 세포호흡의 목적이 이산화 탄소를 만드는 것이라고 본다. 결과물 중 눈에 띄는 것이 이산화 탄소이기 때문이다. 목적은 생명 활동에 쓸 에너지를 얻는 것이고, 이산화 탄소와 물은 그 과정에서 함께 생기는 산물이다.
이런 오개념, 나도 갖고 있을까?
소화는 음식물을 잘게 부수는 기계적 소화만으로 완료된다.정답 보기
X (흔한 오개념이에요)
씹는 장면이 소화의 대표적인 이미지로 자주 떠오르다 보니, 소화를 크기를 줄이는 과정으로만 생각하기 쉬워요. 실제로는 크기를 줄이는 기계적 소화만으로는 영양소가 몸속으로 흡수될 수 없어요. 영양소를 흡수할 수 있을 만큼 작은 물질로 변환시키는 화학적 소화까지 함께 일어나야 비로소 소화가 끝난답니다.
각 소화 효소는 특정한 종류의 영양소에만 작용하여, 아밀레이스는 녹말, 펩신은 단백질, 라이페이스는 지방을 분해한다.정답 보기
O (맞는 설명이에요)
효소를 '소화를 돕는 물질'이라고 뭉뚱그려 기억하다 보면, 효소 하나가 여러 영양소에 다 작용한다고 생각하기 쉬워요. 실제로는 소화 효소마다 작용할 수 있는 영양소의 종류가 정해져 있어요. 아밀레이스는 녹말에, 펩신은 단백질에, 라이페이스는 지방에 각각 따로 작용한답니다.
음식물의 소화는 위에서 모두 끝난다.정답 보기
X (흔한 오개념이에요)
위가 소화 기관의 대표처럼 강조되다 보니 소화가 위에서 끝난다고 생각하기 쉬워요. 실제로 위에서는 단백질 소화가 시작될 뿐이고, 세 영양소의 소화가 모두 완성되는 곳은 작은창자예요. 영양소가 몸속으로 흡수되는 곳도 마찬가지로 작은창자랍니다.
나머지 OX 문제와 4지선다 문제는 앱에서 풀어볼 수 있어요.
자주 묻는 질문
교육부 고시 제2022-33호 과학탐구 교육과정 기반